SUv汽車尾門鉸鏈螺栓扭矩衰減的控制方法探討

許蘭鋒 黃碩文 彭惠平 張威

摘要：文章在某SUV汽車尾門鉸鏈裝配后的基礎(chǔ)上，對(duì)車制造的各階段進(jìn)行了跟蹤研究，分析了各階段的工況及鉸鏈螺? ? 栓扭矩衰減的影響因素，對(duì)尾門鉸鏈螺拴的扭矩衰減的控制方法進(jìn)行了探究與闡述。

關(guān)鍵詞：鉸鏈螺栓 ;扭矩衰減 ; 控制方法

中圖分類號(hào)：TG401 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

螺栓因裝配簡(jiǎn)單、拆卸方便、成本低，且使用效率高，而被廣泛應(yīng)用于汽車車門鉸鏈裝配上。在某suv車型項(xiàng)目中發(fā)現(xiàn)，尾門在車跑里程后出現(xiàn)下墜現(xiàn)象，影響汽車尾門的關(guān)閉與開(kāi)啟，進(jìn)而影響客戶的使用體驗(yàn)，通過(guò)對(duì)車輛的跟蹤測(cè)量及分析，發(fā)現(xiàn)尾門鉸鏈螺栓扭矩存在衰減現(xiàn)象。于是本文以某suv車型項(xiàng)目為研究對(duì)象，對(duì)在焊裝裝配尾門鉸鏈后靜態(tài)放置下、涂裝下線后、總裝下線后及車在跑里程后各階段進(jìn)行跟蹤研究，分析鉸鏈螺栓扭矩衰減的影響因素，以探究尾門鉸鏈螺栓扭矩衰減的控制方法。

1尾門各階段的現(xiàn)象

某suv汽車標(biāo)準(zhǔn)要求尾門與頂蓋的間隙控制在8+/1.5mm，段差控制在2. 5-Omm，扭矩控制在23+/-3N.Ⅲ范圍內(nèi)。為了直觀的了解SuV尾門各階段的現(xiàn)象，對(duì)焊裝剛裝配好的5輛間隙、段差及扭矩控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍肉的suv車的各階段進(jìn)行跟蹤及數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)焊裝裝配鉸鏈后靜置直到涂裝上線前，復(fù)測(cè)間隙與段差基本無(wú)變化，但聯(lián)接頂蓋的鉸鏈螺栓扭矩衰減約5N.m;經(jīng)過(guò)涂裝后，復(fù)測(cè)間隙與段差也無(wú)變化，但聯(lián)接頂蓋的鉸鏈螺栓扭矩再次平均衰減約3N. m;經(jīng)過(guò)總裝后，復(fù)測(cè)間隙發(fā)現(xiàn)平均增大了約1.Omm，段差平均增大了約2. 3mm，螺栓扭矩并未有再次衰減;車在跑里程約3000公里后復(fù)測(cè)，尾門已經(jīng)難以開(kāi)啟與關(guān)閉，導(dǎo)致間隙與段差的變化量無(wú)法測(cè)量評(píng)估，但可發(fā)現(xiàn)間隙與段差有明顯的增大的趨勢(shì)，而螺栓扭矩再次平均衰減約3N.m。

2螺栓扭矩衰減的原理及分析

2.1扭矩衰減的原理

鉸鏈螺栓的扭矩衰減是指鉸鏈的螺栓在擰緊后扭矩發(fā)生降低的現(xiàn)象，如上述汽車尾門鉸鏈螺栓在各階段的跟蹤中，存在扭矩衰減的現(xiàn)象。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，螺栓聯(lián)接的狀態(tài)一般可認(rèn)為是亞穩(wěn)定狀態(tài)，在擰緊后，螺栓內(nèi)部應(yīng)力具有釋放的傾向，相關(guān)的一些因素如果對(duì)螺栓進(jìn)行作用，就可能使得應(yīng)力被釋放，而出現(xiàn)扭矩衰減的現(xiàn)象。

2.2扭矩衰減的分析

某suv車型與頂蓋聯(lián)接的尾門鉸鏈螺栓緊固如圖2所示，為了防止在頂蓋處的鉸鏈安裝面出現(xiàn)漏水，在與頂蓋聯(lián)接的鉸鏈端專門設(shè)計(jì)了放置防水墊的造型。

白車身在焊裝裝配鉸鏈后靜置直到涂裝上線前，頂蓋與尾門的間隙及段差無(wú)變化，但扭矩有部分衰減。在這一靜置過(guò)程中，并未有其他外界因素的作用，而扭矩出現(xiàn)了衰減，表明在這一過(guò)程中，鉸鏈螺栓內(nèi)部應(yīng)力進(jìn)行了釋放。有學(xué)者研究表明，通常情況下，擰緊螺栓后，約90%的扭矩用來(lái)克服摩擦力使得鉸鏈螺母能夠旋轉(zhuǎn)緊固，而約只有10%的扭矩轉(zhuǎn)化成螺桿間的夾緊力[1]，而在焊裝裝配后，能夠影響摩擦力的因素從設(shè)計(jì)方面來(lái)說(shuō)，有鈑金材料表面粗糙度、螺栓類型的選擇，影響夾緊力的因素有材料的鈑金材料的硬度、防水墊材料的硬度;從工藝方面來(lái)說(shuō)，主要是螺栓的擰緊方法（擰緊步數(shù)和速度）。所以對(duì)于焊裝裝配后，只要把控好設(shè)計(jì)（鈑金材料的選擇、螺栓的選擇、防水墊的選擇）和工藝（螺栓的擰緊方法），充分考慮到設(shè)計(jì)可能存在的變異，便有減小扭矩衰減的可能。

白車身經(jīng)過(guò)涂裝下線后，頂蓋與尾門的間隙及段差與焊裝初始裝配狀態(tài)基本無(wú)差異，但扭矩卻再次衰減，然而尾門鉸鏈與側(cè)門鉸鏈進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)側(cè)門鉸鏈扭矩經(jīng)過(guò)涂裝卻幾乎不存在衰減。在涂裝過(guò)程中，白車身需要經(jīng)過(guò)多次的溶液浸泡及烘烤。形成的涂層使接觸的摩擦系數(shù)變大以及涂層具有一定的附著力，使螺紋的力矩增加。由于涂裝的溫度低、時(shí)問(wèn)短，溫度對(duì)螺紋應(yīng)力松弛造成的影響較小。但是，溶液的浸泡和烘烤容易使材料本身的硬度發(fā)生變化，尾門鉸鏈比側(cè)門鉸鏈的材料不同之處是尾門增加了防水墊，此外，該車型采用的尾門鉸鏈的防水墊在鉸鏈上安裝好后比鉸鏈面高0. 3mm，即鉸鏈安裝面接觸的受力點(diǎn)主要在防水墊上。而采用與鉸鏈面平齊的防水墊進(jìn)行裝車驗(yàn)證，螺栓扭矩并未衰減，而此狀態(tài)下，鉸鏈安裝面接觸的受力點(diǎn)主要在鉸鏈面上。這表明在經(jīng)過(guò)涂裝的過(guò)程中，防水墊的硬度可能發(fā)生了變化，硬度的變化導(dǎo)致螺栓內(nèi)部應(yīng)力釋放;此外，螺栓溫度幾次急劇的變化，也有可能導(dǎo)致螺栓的應(yīng)力得以釋放，而使得螺栓扭矩衰減。

車身經(jīng)過(guò)總裝裝配下線后，頂蓋與尾門的間隙及段差都變大，但扭矩未再次衰減，對(duì)該suv車型尾門上檢具進(jìn)行匹配分析發(fā)現(xiàn)，尾門在總裝裝配后，尾門自重的增加，使得尾門Z向下墜約1. 5mm：此外，對(duì)尾門加撐桿后Z向下墜量進(jìn)行測(cè)量及通過(guò)CAE進(jìn)行分析，撐桿對(duì)尾門Z向下墜貢獻(xiàn)約0. 8mm。下墜量與實(shí)測(cè)值吻合，且撐桿及尾門自重的作用，使得X向也有一定的影響，而體現(xiàn)出間隙變大。在經(jīng)過(guò)總裝后，自重及撐桿的作用反而會(huì)使得螺栓的張力變大，從而并不會(huì)體現(xiàn)出扭矩衰減。

車在跑里程后，間隙、段差及扭矩都有所增大。分析認(rèn)為是車在跑動(dòng)的過(guò)程中由于車身顛簸，及尾門在使用過(guò)程中經(jīng)常性的關(guān)閉和開(kāi)啟，導(dǎo)致螺栓長(zhǎng)期處于拉緊與松動(dòng)的循環(huán)中，從而使得螺栓內(nèi)部的應(yīng)力在跑里程前焊裝、涂裝過(guò)程中發(fā)生了變化的基礎(chǔ)上再次得到了釋放，扭矩再次發(fā)生了衰減，使得螺栓發(fā)生松動(dòng)導(dǎo)致尾門的下墜，進(jìn)而影響尾門的使用功能。

3扭矩衰減的影響因素與控制方法

3 1扭矩衰減的影響因素

鉸鏈螺栓扭矩的影響因素有很多，從上述分析可得出“人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)”六方面的影響因素，如圖3所示。

3.2扭矩衰減的控制方法

結(jié)合鉸鏈螺栓扭矩的影響因素及項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為在汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)及工藝規(guī)劃前期，我們首先應(yīng)從設(shè)計(jì)方面和工藝方面去考慮螺栓扭矩衰減，以減小產(chǎn)品后期的失效發(fā)生的可能性。

1、設(shè)計(jì)方面：盡量減小材料表面的粗糙度、選擇硬度較高的材料、盡量少采用彈性材料及盡量選擇螺紋升角較小的細(xì)牙螺栓作為緊固件以減少鉸鏈螺栓的扭矩衰減。

2、工藝方面：擰緊方法盡量采用兩步或多部擰緊的方式，在時(shí)間允許的范圍內(nèi)盡量降低擰緊速度進(jìn)行螺栓擰緊。

如果螺栓扭矩出現(xiàn)衰減或螺栓聯(lián)接出現(xiàn)失效，不能滿足產(chǎn)品要求時(shí)，我們應(yīng)從設(shè)計(jì)和工藝角度進(jìn)行分析，盡量在制造過(guò)程中控制變量，以控制扭矩衰減。根據(jù)上述在焊裝裝配尾門鉸鏈后靜態(tài)放置下、經(jīng)過(guò)涂裝后、經(jīng)過(guò)總裝后及車在跑里程后各階段的跟蹤及分析，結(jié)合具體的聯(lián)接工況，可從過(guò)程控制及優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行考慮，以該suv車型具體實(shí)際控制措施為例進(jìn)行說(shuō)明：

1、制造過(guò)程控制方面：

（l）制定合理的扭矩?cái)Q緊和檢查范圍，例如該車型扭預(yù)緊扭矩提高了5N.m左右，該車型是從焊裝裝配螺栓時(shí)扭矩從23±3N. m調(diào)整至28±3N. m，使得扭矩在焊裝靜置時(shí)衰減后也能保持在23±3N. m，從而滿足焊裝下線需求。此外，完善扭矩檢查規(guī)范及在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)扭矩進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查監(jiān)控。

（2）涂裝后扭矩重新校核：涂裝下線后，對(duì)實(shí)車的螺栓矩進(jìn)行重新校核在標(biāo)準(zhǔn)要求的23±3N.m范圍內(nèi)，以減除涂裝過(guò)程中產(chǎn)生的扭矩衰減。

2、彌補(bǔ)設(shè)計(jì)方面：

（l）改變防水墊片厚度：鑒于厚度的變化引起尾門平度的突變，該車型暫時(shí)減小防水墊厚度至與鉸鏈面盡量齊平，以減小因尾門防水墊平度的突變。

（2）更換其他型號(hào)的鉸鏈螺母：在精致工藝要求范圍內(nèi)，盡量選用大直徑的墊片以增大受力面。例如項(xiàng)目該車型將墊片直徑為22mm鉸鏈安裝螺母，在精致工藝的要求墊片距離鈑金邊距±1.5nun范圍內(nèi)，采用了墊片直徑為25mm的螺母進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果扭矩衰減值可減小。

4結(jié)論

本文從某suv尾門鉸鏈裝配后，根據(jù)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，對(duì)車的各階段進(jìn)行了跟蹤研究，分析了各階段的工況及鉸鏈螺栓扭矩衰減的影響因素，對(duì)尾門鉸鏈螺栓扭矩衰減的分析思路及控制方法進(jìn)行闡述，為從事門蓋鉸鏈研究的工程師提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為在汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)及工藝規(guī)劃前期，應(yīng)多考慮材料的選擇，及螺栓擰緊的方法，而在制造裝配過(guò)程中，可通過(guò)制定合理的檢查扭矩范圍、涂裝后扭矩重新校核等過(guò)程控制方法，及改變防水墊厚度或換用新螺母等彌補(bǔ)設(shè)計(jì)的方式減少或消除扭矩衰減。

參考文獻(xiàn)

[l]吳洪亮，謝俠，周偉.后背門安裝螺栓力矩衰減研究[J].汽車工藝與材料，2017 （01）：2226.